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高压燃气管道抗震设计姜东琪中国市政工程华北设计研究总院煤气与热力杂志社（022-27835965）1抗震标准规范GB50470—2008油气输送管道线路工程抗震技术规范GB18306—2001中国地震动参数区划图GB/T17742—2008中国地震烈度表GB17741—2005工程场地地震安全性评价GB50568—2010油气田及管道岩土工程勘察规范GB50011—2010建筑抗震设计规范2相关基础内容（1）吉林省抗震设防烈度和设计基本地震加速度概况抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g：前郭尔罗斯，松原。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g：大安。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g：长春（6个市辖区），吉林（除丰满外的3个市辖区），白城，乾安，舒兰，九台，永吉。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g：四平（2个市辖区），辽源（2个市辖区），镇赉，洮南，延吉，汪清，图们，珲春，龙井，和龙，安图，蚊河，桦甸，梨树，磐石，东丰，辉南，梅河口，东辽，榆树，靖宇，抚松，长岭，通榆，德惠，农安，伊通，公主岭，扶余，丰满。2相关基础内容（2）地质年代简表表1地质年代简表2相关基础内容在表1中，全新世（10000年前至现在）是最年轻的地质年代。这一时期形成的地层称为全新统，它覆盖于所有地层之上。全新世是1850年P.热尔韦提出的，并被1885年国际地质大会正式通过。全新世时间短，沉积物厚度小，但分布范围广。2相关基础内容（3）地震波地震波按传播方式分为3种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，在地壳中传播速度为5.5~7.0km/s，最先到达震中，又称P波(P——primary,第一的)，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0km/s，第二个到达震中，又称S波(S——second,第二的)，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波(L——last,最后的)，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大，振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物等强烈破坏的主要因素。3剪切波速剪切波速是土层的性质参数之一。剪切波速指震动横波在土层内的传播速度，单位是m/s。对重要区段，采用测量法获取剪切波速。每段用于测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个，数据变化较大时可适量增加。测量方法是通过人为激振的方法产生振动波，在相隔一定距离处记录振动信号到达时间，以确定横波在土层内的传播速度。一般有单孔法、跨孔法等，单孔法测量方法见图1。3剪切波速图1单孔法测量剪切波速3剪切波速对一般区段，当无实测剪切波速时，可按照GB50470—2008的表5.2.2由土的类型确定剪切波速范围，见表2。由剪切波速范围，结合土的具体性状，进而确定剪切波速。表2土的类型划分和剪切波速范围4管道场地覆盖层厚度管道场地覆盖层厚度是确定等效剪切波速的基础参数。管道场地覆盖层厚度和管道场地土层的等效剪切波速决定了管道的场地类别。按照GB50470—2008，管道场地覆盖层厚度应符合下列规定：（1）一般情况下，应按地面至剪切波速500m/s的土层顶面的距离确定。4管道场地覆盖层厚度（2）当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速（该土层的剪切波速）均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。例：对场地1和场地2，管道场地覆盖层厚度均为7m。地面地面场地1场地24m厚,Vs=80m/s3m厚,Vs=300m/s6m厚,Vs=530m/s4m厚,Vs=80m/s3m厚,Vs=100m/s6m厚,Vs=420m/s4管道场地覆盖层厚度（3）剪切波速500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。（透镜体：泛指形似透镜状分布的砂层或岩体。它中间厚周边薄，且被非渗透岩层封闭，如有烃源条件，则可能形成岩性油气藏。）（4）土层中的火山岩硬夹层应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。5等效剪切波速管道场地土层的等效剪切波速和管道场地覆盖层厚度决定了场地类别。按照GB50470—2008，管道场地土层的等效剪切波速应按下列公式计算：5等效剪切波速Vse=d/td=min{覆盖层厚度，20m}式中Vse——场地土层的等效剪切波速，m/sd——场地土层计算深度，mt——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间，sdi——场地土层计算深度范围内第i土层的厚度，mVsi——场地土层计算深度范围内第i土层的剪切波速，m/sn——场地土层计算深度范围内土层的分层数例：上述场地1的等效剪切波速为117m/s，场地2的等效剪切波速为87.5m/s。niiiVdt1s6管道场地类别的确定管道的场地类别，应按照GB50470—2008的表5.2.5，由土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度确定，见表3。表3各类管道场地覆盖层厚度（m）等效剪切波速（m/s）场地类别Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类IV类Vse5000———250Vse≤5005≥5——140Vse≤25033~5050—Vse≤14033~1515~80806管道场地类别的确定将GB50470—2008《油气输送管道线路工程抗震技术规范》的表5.2.5与GB18306—2001《中国地震动参数区划图》的表C1相对照，得到GB50470—2008的场地类别与GB18306—2001的场地类型的关系，见表4。表4GB50470与GB18306场地类别（类型）划分对照例：上述场地1、场地2均属于GB50470—2008中的Ⅱ类场地类别，对应GB18306—2001中的中硬场地类型。标准编号场地类别（类型）划分GB50470—2008Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类IV类GB18306—2001坚硬中硬中软软弱7地震动反应谱特征周期GB18306—2001《中国地震动参数区划图》中，附录B《中国地震动反应谱特征周期区划图》的场地条件为平坦稳定的一般（中硬）场地。管道抗震计算中，按下列步骤确定特征周期：（1）在《中国地震动反应谱特征周期区划图》中查得管道场地所处的特征周期分区——1区（特征周期为0.35s）、2区（特征周期为0.40s）、3区（特征周期为0.45s）这三者之一。（2）按照GB50470—2008，由土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度确定管道的场地类别。按表4查得GB18306—2001中对应的场地类型。（3）由特征周期分区、场地类型，查GB18306—2001的表C1（中国地震动反应谱特征周期调整表），得到地震动反应谱特征周期。7地震动反应谱特征周期表C1中国地震动反应谱特征周期调整表（自GB18306—2001）特征周期分区场地类型划分坚硬中硬中软软弱1区0.250.350.450.652区0.300.400.550.753区0.350.450.650.908地震烈度中国按12个烈度等级划分烈度表，它主要根据人的感觉、房屋震害、其他震害现象、水平向地震动参数划分的。地震烈度的现行国家标准是GB/T17742—2008《中国地震烈度表》。根据GB/T17742—2008的表1，选取和补充相关内容，形成地震烈度分析表，见表5。表5地震烈度分析表地震烈度人的感觉对比栏水平向地震动参数峰值加速度（m2/s）峰值速度（m/s）Ⅰ无感———Ⅱ室内个别静止中的人有感觉———Ⅲ内少数静止中的人有感觉———IV室内多数人、室外少数人有感觉，少数人梦中惊醒———V室内绝大多数、室外多数人有感觉，多数人梦中惊醒0.03g=0.294m2/s0.31（0.22~0.44）0.03（0.02~0.04）Ⅵ多数人站立不稳，少数人惊逃户外0.05g=0.49m2/s0.63（0.45~0.89）0.06（0.05~0.09）Ⅶ大多数人惊逃户外，骑自行车的人有感觉，行驶中的汽车驾乘人员有感觉0.1g=0.98m2/s0.15g=1.47m2/s1.25（0.90~1.77）0.13（0.10~0.18）Ⅷ多数人摇晃颠簸，行走困难0.2g=1.96m2/s0.3g=2.94m2/s2.50（1.78~3.53）0.25（0.19~0.35）Ⅸ行动的人摔倒0.4g=3.92m2/s5.00（3.54~7.07）0.50（0.36~0.71）X骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔离原地，有抛起感—10.00（7.08~14.14）1.00（0.72~1.41）注：表中给出的“峰值加速度”和“峰值速度”是参考值，括弧内给出的是变动范围。9地震动参数地震动参数包括地震动峰值加速度、地震动反应谱特征周期、地震动峰值速度等。地震动峰值加速度从GB18306—2001的图A1（中国地震动峰值加速度区划图）中查得。地震动反应谱特征周期查GB18306—2001的图B1《中国地震动反应谱特征周期区划图》，再结合管道场地类别（由土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度确定），按GB18306—2001的表C1确定。在抗震计算估算时，如果资料不齐，水平向地震动峰值速度可暂按GB/T17742—2008《中国地震烈度表》的表1，基于地震动峰值加速度取值。10地震动峰值加速度a对抗震设计的影响（1）当地震动峰值加速度a≥0.05g时，管道跨越工程应进行抗震设计（a=0.05g时可不进行地震作用计算）。(2)当地震动峰值加速度a≥0.10g时，大中型穿越管道应进行抗拉伸和抗压缩校核，并对边坡、土堤等进行抗震稳定性校核；工程勘察中，场地分布初步判定有可能液化土层时，应再进一步判别。(3)当地震动峰值加速度a≥0.20g时，一般埋地管道应进行抗拉伸和抗压缩校核；工程勘察中，对厚层软土分布区宜判别软土震陷的可能性和估算震陷量，并应评价对管道的危害。10地震动峰值加速度a对抗震设计的影响(4)当地震动峰值加速度a≥0.30g时，通过活动断层的管道应采用有限元方法进行抗震计算。(5)管道跨越工程一般区段应按本地区的地震动参数等级进行抗震设计，大型管道跨越工程应按提高一个地震动参数等级采取抗震措施，当场地地震动峰值加速度a=0.40g时，可适当提高抗震措施。10地震动峰值加速度a对抗震设计的影响(6)在管道场地地震安全性评价中，当油气输送管道通过全新世活动断层或位于其附近时：管道通过地震动峰值加速度为0.10g~0.30g的地区，且管底至基岩土层厚度≥60m时，可不分析断层潜在地表断错的影响；管道通过地震动峰值加速度0.30g以上地区，且管底至基岩土层厚度≥90m时，可不分析断层潜在地表断错的影响。11土壤的性能参数当无实测数据时，各种土壤与管道的摩擦系数、内摩擦角、密度可参见表6。表6各种土壤与管道的摩擦系数、内摩擦角、密度土壤种类摩擦系数内摩擦角密度/(kg·m-3)干的粉砂0.38~0.5715。1600干的细砂0.6427。1700湿的细砂0.3230。1500含石灰质的干砂0.3930。1600含石灰质的湿砂0.6335。1500干的粉质粘土0.4745。1600湿的粉质粘土0.5540。1600干的高岭土0.3330。1600湿的高岭土0.4535。1500干的沙砾0.4630。1700湿的沙砾0.4435。160012一般埋地管道抗震设计一般埋地管道抗震设计计算按照GB50470—2008进行。拉伸应变为正值，压缩应变为负值。12.1国产钢材与API5L钢材对应关系国产钢材与API5L钢材对应关系见表7。表7国产钢材与API5L钢材对应关系例：X80指钢材的屈服极限为80klb/in2。1klb/in2=6.895MPa，换算后圆整至5或10MPa。APIABX42X46X52X56X60X70X80GB/T9711L210L245L290L320L360L390L415L485L55512.2应变校核公式地震作用下管道截面轴向的组合应变计算，应将地震动引起的管道最大轴向应变与操作条件下荷载（内压